Die Wissenschaft der Magnetfeldlinien

Ein Magnetfeld umgibt jede in Bewegung befindliche elektrische Ladung. Das Magnetfeld ist kontinuierlich und unsichtbar, aber seine Stärke und Ausrichtung können durch Magnetfeldlinien dargestellt werden. Im Idealfall zeigen Magnetfeldlinien oder Magnetflusslinien die Stärke und Ausrichtung eines Magnetfelds. Die Darstellung ist nützlich, weil sie den Menschen die Möglichkeit gibt, eine unsichtbare Kraft zu sehen, und weil die mathematischen Gesetze der Physik die "Anzahl" oder Dichte der Feldlinien leicht berücksichtigen.

• Magnetfeldlinien sind eine visuelle Darstellung der unsichtbaren Kraftlinien in einem Magnetfeld.
• Konventionell verfolgen die Linien die Kraft vom Nord- zum Südpol eines Magneten.
• Der Abstand zwischen den Linien gibt die relative Stärke des Magnetfelds an. Je näher die Linien sind, desto stärker ist das Magnetfeld.
• Eisenspäne und ein Kompass können verwendet werden, um die Form, Stärke und Richtung von Magnetfeldlinien zu verfolgen.

Ein Magnetfeld ist ein Vektor, dh es hat Größe und Richtung. Wenn elektrischer Strom in einer geraden Linie fließt, zeigt die rechte Regel die Richtung, in der unsichtbare Magnetfeldlinien um einen Draht fließen. Wenn Sie sich vorstellen, den Draht mit der rechten Hand zu ergreifen, während Ihr Daumen in Richtung des Stroms zeigt, bewegt sich das Magnetfeld in Richtung der Finger um den Draht. Aber was ist, wenn Sie die Stromrichtung nicht kennen oder einfach nur ein Magnetfeld visualisieren möchten??

Wie man ein Magnetfeld sieht

Ein Magnetfeld ist wie Luft unsichtbar. Sie können den Wind indirekt sehen, indem Sie ein kleines Stück Papier in die Luft werfen. In ähnlicher Weise können Sie durch Platzieren von Magnetmaterialstücken in einem Magnetfeld dessen Pfad verfolgen. Einfache Methoden umfassen:

Verwenden Sie einen Kompass

Eine Kompassgruppe kann die Richtungen der Magnetfeldlinien anzeigen. Maciej Frolow / Getty Images

Das Schwenken eines einzelnen Kompasses um ein Magnetfeld zeigt die Richtung der Feldlinien. Um das Magnetfeld tatsächlich abzubilden, gibt das Platzieren vieler Kompasse die Richtung des Magnetfelds an einem beliebigen Punkt an. Verbinden Sie die "Punkte" des Kompasses, um Magnetfeldlinien zu zeichnen. Der Vorteil dieser Methode ist, dass sie die Richtung der Magnetfeldlinien anzeigt. Der Nachteil ist, dass es keine Magnetfeldstärke anzeigt.

Verwenden Sie Eisenspäne oder Magnetitsand

Eisen ist ferromagnetisch. Dies bedeutet, dass es sich entlang der Magnetfeldlinien ausrichtet und winzige Magnete mit Nord- und Südpolen bildet. Winzige Eisenstücke wie Eisenspäne bilden eine detaillierte Karte der Feldlinien, da der Nordpol eines Stücks den Nordpol eines anderen Stücks abstößt und dessen Südpol anzieht. Sie können die Späne jedoch nicht einfach auf einen Magneten streuen, da sie von diesem angezogen werden und eher daran haften bleiben, als das Magnetfeld zu verfolgen.

Um dieses Problem zu lösen, werden Eisenspäne über ein Magnetfeld auf Papier oder Kunststoff gestreut. Eine Technik, die zum Dispergieren der Feilspäne verwendet wird, besteht darin, sie aus einer Höhe von einigen Zoll auf die Oberfläche zu streuen. Weitere Ablagen können hinzugefügt werden, um die Feldlinien klarer zu machen, jedoch nur bis zu einem bestimmten Punkt.

Alternativen zu Eisenfeilspänen sind Stahl-BB-Pellets, verzinnte Eisenfeilspäne (die nicht rosten), kleine Büroklammern, Heftklammern oder Magnetitsand. Der Vorteil bei der Verwendung von Eisen-, Stahl- oder Magnetitpartikeln besteht darin, dass die Partikel eine detaillierte Karte der Magnetfeldlinien bilden. Die Karte gibt auch einen groben Hinweis auf die Magnetfeldstärke. Eng beabstandete, dichte Linien treten dort auf, wo das Feld am stärksten ist, während weit auseinanderliegende, spärliche Linien zeigen, wo es schwächer ist. Der Nachteil bei der Verwendung von Eisenfeilspänen besteht darin, dass keine Hinweise auf eine Magnetfeldorientierung vorliegen. Der einfachste Weg, dies zu überwinden, besteht darin, einen Kompass zusammen mit Eisenspänen zu verwenden, um sowohl Orientierung als auch Richtung abzubilden.

Probieren Sie Magnetic Viewing Film

Magnetischer Betrachtungsfilm ist ein flexibler Kunststoff, der mit winzigen Magnetstäben beschichtete Flüssigkeitsblasen enthält. Die Filme erscheinen je nach Ausrichtung der Stäbe in einem Magnetfeld dunkler oder heller. Magnetischer Betrachtungsfilm eignet sich am besten zur Abbildung komplexer magnetischer Geometrien, wie sie von einem flachen Kühlschrankmagneten erzeugt werden.

Natürliche Magnetfeldlinien

Die Linien in der Aurora folgen den Magnetfeldlinien der Erde. Oscar Bjarnason / Getty Images

Magnetfeldlinien treten auch in der Natur auf. Während einer totalen Sonnenfinsternis zeichnen die Linien in der Korona das Magnetfeld der Sonne nach. Zurück auf der Erde geben die Linien in einer Aurora den Weg des Magnetfelds des Planeten an. In beiden Fällen sind die sichtbaren Linien leuchtende Ströme geladener Teilchen.

Regeln für Magnetfeldlinien

Bei der Erstellung einer Karte mit Magnetfeldlinien werden einige Regeln deutlich:

1. Magnetfeldlinien kreuzen sich nie.
2. Magnetfeldlinien sind kontinuierlich. Sie bilden geschlossene Schleifen, die sich durch ein magnetisches Material ziehen.
3. Magnetfeldlinien bündeln sich dort, wo das Magnetfeld am stärksten ist. Mit anderen Worten zeigt die Dichte der Feldlinien die magnetische Feldstärke an. Wenn die Feldlinien um einen Magneten abgebildet werden, liegt das stärkste Magnetfeld an einem der Pole.
4. Sofern das Magnetfeld nicht mit einem Kompass abgebildet wird, ist die Richtung des Magnetfelds möglicherweise unbekannt. Konventionell wird die Richtung durch Zeichnen von Pfeilspitzen entlang der Magnetfeldlinien angegeben. In jedem Magnetfeld verlaufen die Leitungen immer vom Nordpol zum Südpol. Die Bezeichnungen "Norden" und "Süden" sind historisch und haben möglicherweise keinen Einfluss auf die geografische Ausrichtung des Magnetfelds

Quelle

• Durney, Carl H. und Curtis C. Johnson. Einführung in die moderne Elektromagnetik. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-018388-9.
• Griffiths, David J. (2017). Einführung in die Elektrodynamik (4. Aufl.). Cambridge University Press. ISBN 9781108357142.
• Newton, Henry Black und Harvey N. Davis. Praktische Physik. Die MacMillan Co., USA.
• Tipler, Paul (2004). Physik für Wissenschaftler und Ingenieure: Elektrizität, Magnetismus, Licht und elementare moderne Physik (5. Aufl.). W. H. Freeman. ISBN 978-0-7167-0810-0.